汕头海湾大桥加劲梁与过渡梁结合处病害综合处治技术

摘要 汕头海湾大桥主桥加劲梁与过渡梁结合部位存在支撑病害及桥面铺装病害，文章分析了病害成因，结合计算分析确定了综合处治方案，实践证明病害处治实施效果良好，达到了设计的预期目的。主要结论有：（1）加劲梁与过渡梁结合处相对转角变形较大，且过渡梁桥面板端部采用刚性支承，导致该部位病害产生。（2）通过将桥面板刚性支撑改造为多点弹性支撑，提高该部位变形协调能力以及缓冲性能，有效解决过渡梁桥面板支撑处病害。（3）采用UHPC桥面连续构造，并设置合理的铺装无黏结区，有效改善行车平顺度，解决加劲梁与过渡梁结合处桥面铺装病害。

关键词 汕头海湾大桥；加劲梁与过渡梁结合处；桥面板支撑改造；过渡梁铺装改造；UHPC

中图分类号 U441 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）04-0060-04

0 引言

汕头海湾大桥是我国第一座现代大跨度悬索桥，于1995年12月28日建成通车。主桥结构形式为三跨双铰悬索桥，全长760 m，桥面宽24.2 m，跨径组合为（154+452+154）m，总体布置如图1所示^[1]。

加劲梁采用流线型单箱三室预应力混凝土薄壁箱形截面。原设计荷载为汽车—超20级，验算荷载为挂车-120^[2-3]。经过多年运营，大桥加劲梁与过渡梁结合处产生了明显病害。

1 过渡梁构造及特点

主塔部位设置7 m长的过渡梁分别与边跨及中跨加劲梁连接，过渡梁由钢桁架及混凝土桥面板组成，其构造如图2所示。过渡梁竖向刚度很小，而水平刚度相对较大，使加劲梁在竖向实现双铰边界的同时，又在水平方向形成弱的连续^[4]。過渡梁钢桁架纵梁两端通过φ32预应力粗钢筋与加劲梁的端横梁锚固连接。横梁设在纵梁中部，两端支承于主塔内侧牛腿上，其间设置侧向及竖向支座。纵横梁翼缘通过剪力钉与桥面板连接。

过渡梁桥面板采用C60混凝土，厚度20 cm，顺桥向两端直接支承在加劲梁的端横梁封锚混凝土上，如图3所示。桥面板端部设置纵向连续钢筋与加劲梁端横梁连接，利用桥面板刚度较小的特点适应两端加劲梁的转动变形，实现边跨与中跨间桥面的匀顺过渡^[4]。

2 加劲梁与过渡梁结合处病害

2.1 病害情况

桥梁经过长时间运营，过渡梁桥面板端部支撑发生脱空，该部位桥面铺装也产生破损。后期维修中，对支撑处封锚混凝土局部凿除，并填充钢垫块。近年检查发现，该部位存在以下病害：

（1）过渡梁桥面板端部支撑处普遍存在钢垫块松动、锈蚀以及支撑混凝土破损病害。过渡梁桥面板与钢垫块支撑脱空。过渡梁桥面板与加劲梁间纵向连续钢筋锈蚀、断裂，接缝两侧混凝土多处破损，如图4所示。

（2）加劲梁与过渡梁结合处桥面铺装开裂破损车辆行驶至该部位时有明显的跳车现象。桥面雨水下渗，通过接缝流至桥面板底部，导致支撑钢垫块、预应力锚头及钢桁架锈蚀加剧，如图5所示。

2.2 病害成因分析

（1）桥梁已运营多年，且所处海洋大气环境腐蚀性较强，原先设置于过渡梁桥面板和加劲梁间的连续钢筋均已锈蚀断裂，造成桥面板与加劲梁结合处转角变形不连续。

（2）过渡梁与加劲梁间约束关系接近铰接，过渡梁桥面板与加劲梁间为刚性支撑，汽车荷载作用下，结合处产生反复变化的转角变形，支撑部位产生磨损、破碎，引起钢垫块松动。

（3）过渡梁与加劲梁结合处相对转角变形较大，引起桥面铺装较高的应力状态以及跳车现象，加上桥面板底部钢垫块的松动脱空，进一步增大了车辆的冲击作用，加剧了桥面铺装的破坏。

（4）支撑病害与桥面病害互相影响，形成病害循环。

3 综合处治思路

3.1 过渡梁桥面板端部支撑病害处治

将原钢垫块及支撑混凝土拆除后，在横桥向设置多个板式橡胶支座形成多点弹性支撑。利用橡胶支座的弹性特点，以适应过渡梁桥面板与加劲梁间的相对转角变形，并对车辆冲击起到一定的缓冲效果。

3.2 加劲梁与过渡梁结合处铺装病害处治

（1）在过渡梁与加劲梁结合处采用桥面连续构造，提高行车平顺度，改善跳车现象。

（2）加劲梁与过渡梁结合处相对转角变形大，铺装承受较高的弯曲拉应力，超高性能混凝土（以下简称UHPC）具有高强度、高韧性、高耐久性、低收缩的特点^[5]，已在多座桥梁中得到应用^[6-10]，该次改造使用UHPC作为桥面连续材料。

（3）在过渡梁桥面板与加劲梁接缝两侧一定范围内，基面与UHPC铺装层间设置隔离层，使该范围内基面与UHPC层间无黏结作用（下文简称无黏结范围），以减小结合处桥面铺装的约束，降低铺装的局部应力集中。

（4）为保持全桥外观统一，过渡梁铺装下层采用5 cm UHPC，面层采用3 cm SMA-10沥青铺装。

4 计算分析

4.1 计算模型

建立主桥结构计算模型，如图6所示。主塔、加劲梁及过渡梁均采用梁单元建立，主缆及吊杆采用索单元建立。加劲梁与过渡梁之间的连接采用弹性连接模拟。采用梁单元模拟UHPC铺装层，模型中UHPC材料弹性模量取44 GPa，泊松比0.2^[8]。对于加劲梁与过渡梁结合处两侧无黏结区域，模型中采用只受压单元模拟。对于桥面植筋区域，模型中采用刚性连接模拟。

4.2 UHPC铺装层应力分析

无黏结范围顺桥向取2 m（加劲梁与过渡梁桥面板接缝两侧各1 m）时，接缝两侧各3 m范围铺装弯曲应力分布如图7所示。可以看出，铺装层拉应力峰值位于接缝位置，边跨侧接缝处铺装拉应力峰值约为12 MPa，中跨侧接缝处铺装拉应力峰值约为14 MPa。

铺装无黏结范围分别取0.5 m、1 m、2 m、3 m、4 m进行计算，得到铺装拉应力峰值随无黏结范围的变化曲线，如图8所示。可以看出，无黏结范围较小时，铺装拉应力峰值随无黏结范围增大而迅速减小，无黏结范围达到2 m后，铺装拉应力峰值不再随无黏结范围增大而减小。无黏结范围为2 m时，边跨侧铺装拉应力峰值为12 MPa，中跨侧铺装拉应力峰值为14 MPa，低于UHPC弯拉强度，满足设计要求。因此确定铺装无黏结范围为加劲梁与过渡梁桥面板接缝两侧各1 m。

5 综合处治方案

5.1 过渡梁桥面板支撑改造

（1）对过渡梁桥面板端部的旧支撑构造（钢垫块及支撑混凝土）进行拆除。

（2）旧支撑拆除后，在过渡梁桥面板端部底面粘贴钢板，钢板厚度8 mm。粘贴钢板目的是为支座提供一个平整的上支承面。

（3）预埋件由8 mm厚钢垫板及φ16环形锚固筋组成，钢垫板上放置板式橡胶支座，为支座提供平整的下支承面。支座周边设置限位角钢，防止支座后期产生滑移。

（4）预埋件及支座安装完成后，在预埋件环形锚固筋内穿入横桥向钢筋，在原支撑部位立模，最后浇筑高强无收缩灌浆料，形成新的桥面板支撑构造，如图9所示^[11]。

5.2 过渡梁桥面铺装改造

（1）凿除过渡梁及两侧加劲梁5 m范围的桥面铺装（原设计厚度8 cm）。

（2）基面处理后，在过渡梁桥面板与加劲梁的接缝两侧各1 m范围内粘贴高强玻璃纤维布3层，粘贴完成后表面涂刷隔离剂。

（3）桥面植筋及钢筋网安装，过渡梁桥面板与加劲梁接缝两侧各1.5 m范围外进行植筋，铺设钢筋网。

（4）基面凿毛清理后，喷洒界面剂，连续摊铺5 cm厚UHPC铺装层。

（5）UHPC养护7 d后，表面进行抛丸处理，基面清洁后，喷洒防水黏结层，摊铺3 cm 厚SMA-10沥青层，完成过渡梁桥面铺装改造，如图10所示^[11]。

5.3 综合处治效果

处治方案实施后，原病害部位总体状况良好，加劲梁与过渡梁结合处桥面铺装线形平顺，无跳车现象，无横向裂缝及破损，过渡梁桥面板底部支撑状态良好，无异常声响，无脱空、松动、破损及渗水情况，如图11所示。

6 结论

该文对病害成因进行了分析，提出了综合处治思路，结合计算分析确定了综合处治方案。处治方案实施后总体效果良好，达到了预期的处治效果。主要结论如下：

（1）加劲梁与过渡梁结合处相对转角变形较大以及过渡梁桥面板的刚性支承方式是该部位病害的主要成因，病害产生相互影响，相互激励，形成病害循环。

（2）对于过渡梁桥面板支撑病害，采用将原刚性支撑改造为多支座弹性支撑的方法，以适应过渡梁桥面板与加劲梁间的相对转角变形，并对车辆冲击作用起到缓冲效果。

（3）对于结合处桥面铺装病害，采用弯拉强度高的UHPC作为桥面连续构造的主要材料，以满足受力要求，改善行车平顺度，降低车辆冲击作用。同时，通过在结合部位设置合理范围的铺装无黏结区域，有效降低了铺装的局部应力集中。

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收稿日期：2023-12-01

作者简介：陈祥（1991—），男，硕士研究生，工程师，研究方向：桥梁结构检测、监测、维修加固。